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        淺談泵節(jié)能技術(shù)的改進措施

        2012-08-29 06:36:14
        科技視界 2012年20期
        關(guān)鍵詞:汽蝕揚程變頻

        趙 陽

        (陜西煤化能源有限公司 陜西 咸陽 712000)

        0 概述

        能源是發(fā)展國民經(jīng)濟、改善人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。節(jié)能技術(shù)進步,對于高耗能企業(yè)不僅意味著能源消耗大幅度降低,還必然極大地提高企業(yè)的工藝技術(shù)水平、裝備水平、管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量,增強企業(yè)的核心競爭力,對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大深遠的意義。

        泵類產(chǎn)品屬于流體機械,國內(nèi)的需求量非常大,每年發(fā)電量的20%—25%都消耗在泵類產(chǎn)品上, 因此針對泵開展的節(jié)能工作是非常重要和刻不容緩的。 泵的節(jié)能方法只要是使泵機組(泵、原動機和轉(zhuǎn)動部分)在最高的效率下運行,使其消耗外界輸入的電能下降到最低點。 泵的節(jié)能是綜合性的技術(shù),涉及泵本身的節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和使用管理運行等各方面。本文主要從這三方面探討。

        1 泵自身的節(jié)能

        1.1 設(shè)計技術(shù)方面

        現(xiàn)代計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展為泵的設(shè)計研究帶來了理想的手段。 現(xiàn)代的泵設(shè)計方法必須要結(jié)合先進的計算機技術(shù)和CAD/CFD 技術(shù)。 這些技術(shù)可以解決泵復(fù)雜的內(nèi)部流動場的計算問題, 能夠進一步了解和掌握泵內(nèi)部流動的客觀規(guī)律,以便進行泵的優(yōu)化設(shè)計。 CAD/CFD 技術(shù)的特點和優(yōu)勢對提高泵設(shè)計方法的技術(shù)水平是非常重要的。

        1.2 加工技術(shù)方面

        CAM 是用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。 它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容,輸出信息是刀具加工時的運動軌跡和數(shù)控程序, 然后應(yīng)用到數(shù)控機床,用來加工曲面復(fù)雜、形狀復(fù)雜、精度高等產(chǎn)品及模具,是實現(xiàn)高效化和自動化加工的有效途徑。CAM 技術(shù)的快速發(fā)展及其在泵類產(chǎn)品的生產(chǎn)中的應(yīng)用,對泵效率技術(shù)指標(biāo)的提高是非常有利的。

        1.3 相應(yīng)配套技術(shù)

        與泵有關(guān)的配套技術(shù)最近得到了較大的發(fā)展,如電動機的設(shè)計與制造、自動調(diào)速、自動控制、自動報警、傳動系統(tǒng)、密封設(shè)計制造技術(shù)、新材料、試驗測試技術(shù)等等。 這些技術(shù)的全面發(fā)展,有利于泵系統(tǒng)的效率指標(biāo)、可靠性指標(biāo)及其他性能指標(biāo)的提高,促進了節(jié)能工作的開展。

        2 泵的系統(tǒng)節(jié)能

        2.1 正確選用符合適用要求的泵

        每一臺泵都有一組性能曲線,對應(yīng)一個流量值,都可以找到與其對應(yīng)的揚程、功率及效率值。 通常我們把這一組相對應(yīng)的參數(shù)稱為工況點,對應(yīng)的最高效率點稱為最佳工況點(見圖1)。

        圖1 泵的性能曲線

        圖1 中曲線I 為管路特性曲線,曲線Ⅱ為泵的性能曲線。泵的流量、揚程性能曲線與管路特性曲線的交點稱為泵的運行工況點。 運行工況點隨著泵的流量和揚程的變化而變化,而管路的特性曲線在給定的供水管路系統(tǒng)中所需的揚程基本是不變的。 在泵的實際使用中,泵的運行工況點應(yīng)和最佳工況點重合,或者接近最佳工況點,這樣才能使泵保持在高效率運行區(qū),從而達到節(jié)能的目的。

        泵在選型過程中經(jīng)過的部門越多, 安全裕量就留得越大,不僅造成很大浪費,有的甚至無法正常工作。 例如,某臺供水用泵,實際需要:Q=200m3/h, H=4m,選泵部門考慮到系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致管路阻力增加、系統(tǒng)中可能有泄漏、泵長期使用性能降低等因素,各加大10%,結(jié)果按30%的安全裕量,提出選泵的性能參數(shù)是:Q=260m3/h,H=5.4m。 選用定型產(chǎn)品,該泵的性能參數(shù)為:Q=280m3/h, H=5.5m。 致使泵在遠離最佳工況點位置上運行,能耗大、裝置效率低。

        2.2 合理確定泵的安裝高度

        泵在產(chǎn)生汽蝕的過程中,由于水流中含有汽泡破壞了水流的正常流動規(guī)律, 改變了流道內(nèi)到過流面積和流動方向,因而葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到破壞,能量損失增加,從而引起泵的流量、揚程和效率的迅速下降,甚至達到斷流狀態(tài)。 因此在選泵時一定要使泵的汽蝕性能滿足使用要求,即使泵的汽蝕性能滿足裝置或系統(tǒng)所能提供的汽蝕余量值。

        泵發(fā)生汽蝕除了泵本身的結(jié)構(gòu)因素外,最主要的因素就是泵的幾何安裝高度。 對某臺泵來說,盡管其性能可以滿足使用要求,但是如果安裝高度不合適,由于汽蝕的原因,會限制流量的增加,從而導(dǎo)致性能達不到設(shè)計要求。 因此,合理確定泵的安裝高度是保證泵在設(shè)計工況下工作時不發(fā)生汽蝕的重要條件。

        3 運行管理節(jié)能

        3.1 變頻調(diào)速節(jié)能

        泵的調(diào)速方法有多種,主要分為兩類:第一類是電機轉(zhuǎn)速不變,通過附加裝置改變水泵的轉(zhuǎn)速,如液力禍合器調(diào)速、電磁離合器調(diào)速、變速箱調(diào)速等;第二類是直接改變電機的轉(zhuǎn)速,如可控硅串級調(diào)速、變頻調(diào)速等。 目前主要使用變頻調(diào)速節(jié)能:

        交流異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以用下式表示

        式中f 表示定子供電電源的頻率;

        p 表示電動機的極對數(shù);

        s 表示異步電動機的轉(zhuǎn)差率。

        由式可見, 當(dāng)平滑地改變異步電動機的供電頻率時,即可改變電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

        變頻調(diào)速有以下特點:

        (1)變頻調(diào)速目前仍以低電壓(380V 及以下)中小容量為主,大容量較少。

        (2)頻調(diào)速范圍很寬,通??蛇_1~1/10。 變頻調(diào)速的調(diào)速范圍和精度均能滿足泵運行要求。

        (3)變頻調(diào)速在頻率一定時是類似剛性傳動,不能改變轉(zhuǎn)動品質(zhì)。

        (4)低壓變頻器占地面積小,有利于已有設(shè)備改造。

        3.2 改變?nèi)~輪外徑

        對于工藝參數(shù)基本穩(wěn)定,泵選用過大,現(xiàn)場采用關(guān)小閥門來調(diào)節(jié)流量,造成泵的工作流量遠低于額定流量,工作壓力遠高于額定壓力的情況,可以采用切割葉輪外徑的方式調(diào)節(jié)。 將泵葉輪外徑車小,可使在同一轉(zhuǎn)速下泵的特性曲線改變,從而改變泵的工作點,達到節(jié)能目的。

        3.3 減少流程阻力節(jié)能

        選擇適當(dāng)?shù)墓軓剑刂埔欢ǖ牧魉?,減少管路的阻力也能達到節(jié)能的目的。 流體在固定管路的流動過程中,能量的損失有兩種形式:一種是均勻的分配在整個流程中,稱為沿程阻力損失;另一種是集中在很短的流段內(nèi),即在流體的收縮、擴大和拐流等急劇變化的地方。 因此在管路的配置上盡量減少這兩種損失。

        3.4 及時維護、檢修泵系統(tǒng)

        3.4.1 避免泵振動過大,影響泵效率。

        3.4.2 合理調(diào)整軸承的間隙和串動量,較少軸承的磨損。 對于部件間隙大,泵的效率嚴重下降的應(yīng)予大修。

        3.4.3 盡可能的減少管束的堵塞量,降低水阻,亦可節(jié)省泵的電耗。

        3.4.4 全面檢查泵系統(tǒng)各閥門等附件的必要性,在確保機組長期、可靠的運行、維護方便的前提,對可設(shè)可不設(shè)的管路附件應(yīng)予取消。

        4 結(jié)論

        綜上所述,泵的節(jié)能降耗,關(guān)鍵是保證泵盡量在高效區(qū)運行。 因此,我們要加強基礎(chǔ)建設(shè),對機泵設(shè)備進行勤檢修、勤維護,保持設(shè)備的高效運行,從而減少無謂的能耗。 另外,我們應(yīng)在理論與實踐相結(jié)合的條件下不斷探索,大膽引用新技術(shù),尋找更合理、經(jīng)濟的節(jié)能措施。

        [1]郭立君.泵與風(fēng)機[M].北京:中國電力出版社,2004.

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